[发明专利]一种用于激光烧蚀微推进的比冲直接测量方法

摘要

本发明公开了一种可以同时测量出单脉冲激光烧蚀工质产生的冲量和相应烧蚀重量的方法，实现比冲的直接测量目的。该方法基于垂直运动的扭摆模型，使单脉冲激光烧蚀工质产生的冲量与烧蚀质量引起的重力同向作用和异向作用各一次的方式获得相应冲量和烧蚀重量。根据每次扭摆转角最大峰值和达到最大峰值之前的转角测量值可获取冲量，根据每次扭摆转角的稳态转角均值可获取工质烧蚀重量。采用本发明能够缩短实验周期，避免频繁拆装工质，避免工质污染，确保测量的真实性，提高比冲的测量精度。

主权项

1.一种用于激光烧蚀微推进的比冲直接测量方法，其特征在于：采用转轴与水平面平行、在垂直面内沿转轴转动的扭摆结构作为测量机构模型，使单脉冲激光烧蚀工质产生的冲量与烧蚀质量引起的重力同向作用和异向作用于扭摆各一次，根据每次扭摆的响应计算出冲量和相应的烧蚀质量，从而获得比冲；垂直转动扭摆的固有周期Tbalance要大于激光烧蚀工质产生的脉冲力持续时间t0的4倍；设单脉冲激光烧蚀工质产生的冲量与烧蚀质量引起的重力同向作用时，扭摆转角最大峰值对应的时刻为tp1，转角最大峰值为θ(tp1)；设单脉冲激光烧蚀工质产生的冲量与烧蚀质量引起的重力异向作用时，扭摆转角最大峰值对应的时刻为tp2，转角最大峰值为θ(tp2)；根据每次扭摆转角最大峰值和达到最大峰值之前的转角测量值可获取冲量I，即：式中，J为测量系统对于转轴的转动惯量，ζ为阻尼比，ωn为无阻尼自振角频率，b为脉冲力作用力臂；设单脉冲激光烧蚀工质产生的冲量与烧蚀质量引起的重力同向作用时，扭摆稳态转角均值为设单脉冲激光烧蚀工质产生的冲量与烧蚀质量引起的重力异向作用时，扭摆稳态转角均值为根据每次扭摆转角的稳态均值可获取工质烧蚀重量Δmg，即：式中，J为测量系统对于转轴的转动惯量，ωn为无阻尼自振角频率，b为工质烧蚀重量的作用力臂；设计扭摆时，采用简化模型：冲量I采用瞬间耦合模型计算，θ_max为冲量作用后扭摆转角的最大值；将工质消耗重量当作常稳态推力F计算，θ_equ为扭摆稳态转角；设计扭摆时，存在两个约束条件：稳态力分辨率是烧蚀工质消耗重量的1/10以下；扭摆的固有周期要大于激光烧蚀工质产生的脉冲力持续时间的4倍。